WO2009127159A1

WO2009127159A1 - 双界面sim卡及其射频识别系统

Info

Publication number: WO2009127159A1
Application number: PCT/CN2009/071328
Authority: WO
Inventors: 金可威
Original assignee: 上海坤锐电子科技有限公司; 中国移动通信集团公司
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2009-10-22
Also published as: CN101561891B; CN101303745A; CN101561891A

Description

双界面 SIM卡及其射频识别系统

本申请要求于 2008 年 4 月 18 日提交中国专利局、申请号为 200810036255.8、发明名称为 "双界面 SIM卡及其射频识别系统 "的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。技术领域本发明涉及客户识别模块 (Subscriber Identity Model, 以下筒称 SIM)卡，特别是双界面 SIM卡以及包括该双界面 SIM卡的射频识别系统。背景技术包括非接触集成电路卡 (Integrated Circuit Card, 筒称 IC卡)在内的射频识别技术（ Radio Frequency Identification , 以下筒称 RFID )技术经过十多年的发展，已深入现代生活的各个角落，被广泛应用于公交、门禁、小额电子支付等领域。

射频识别技术是自动识别技术的一种，射频识别系统的组成一般至少包括两个部分：电子标签（Tag )和阅读器（Reader )。电子标签用于保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，可将电子标签附着在待识别物体的表面；阅读器作为读出装置，可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。进一步地，还可通过计算机以及计算机网络对所读取的电子数据进行传输和处理，以实现对物体识别信息的采集、远程传送及管理等功能。对大多数 RFID系统而言，可采用一个固定的频率，并有一套标准协议与它相配套。

近年来，在轨道交通、物流管理、物品防伪、身份识别等需求推动下， RFID技术的不断进步，应用越来越普及，市场迫切需要各类 RFID电子标签和识别设备。而与此同时，移动通信终端经历 20多年的迅速发展，几乎已经成为消费者人手必备的随身装置，普及率非常高，并且有在移动终端上集成更多功能的趋势。利用手机本身的移动通信网络如 GSM、 CDMA等进行支付是现有的成熟技术，但将手机和电子标签有效结合起来，让手机像公交卡这样方便使用是目前射频识别的发展方向，也是设备提供商和移动运营商目前大力开拓的市场。目前业界主要有两套基于非接触技术的解决方案： Combi SIM卡方案和近场通信（NFC ) 方案。

NFC方案是近年由 Nokia、 Philips等公司提出有关射频识别的一种新的方案，基本的做法是在新设计的手机中加入用于支付的 RFID模块， RFID模块和手机之间用专门的通信协议进行相互通信。这种方法可以比较好地解决利用手机进行射频识别的问题，但缺点是用户必须去改造现有的手机，甚至购买一个全新的手机，这在现阶段并不是所有用户都能接受方法，而且对整个社会而言也是 4艮大的资源浪费。

Combi SIM卡方案，又称双界面 SIM卡方案，指用 Combi SIM卡替换手机内部 SIM卡，在保留原接触式界面的 SIM卡功能基础上增加非接触 IC卡应用界面。比较典型的做法有两种：一、非接触 IC卡的非接触天线印刷在塑料薄膜上，再贴至 SIM卡表面；二、非接触 IC卡的非接触天线作为一个独立的部件附加在手机中，将天线引到手机的正面或反面，天线连接在 SIM卡尚未使用的接口上。但这两种方案的缺点是：天线贴到 SIM卡表面或者引出到手机正面或反面，在安装过程中很容易造成天线断裂、损坏，并造成用户使用不方便；同时，由于手机电池和电路板的屏蔽作用，双界面 SIM卡能收到阅读器的信号和反射给阅读器的信号都非常微弱，如果双界面 SIM卡返回的信号不进行功率放大且与该双界面 SIM卡相配套的阅读器上没有信号增强器，双界面 SIM卡和阅读器之间通信的质量会非常差，阅读器几乎收不到双界面 SIM 卡返回的应答。

参考图 1 , 图示为由 Gemplus公司推出的典型的双界面 IC卡芯片结构图，接触式部分通信标准符合 ISO/ IEC7816 标准，非接触式部分通信标准符合 ISO/IEC 14443 TYPEA/TYPEB标准。该典型的双界面 IC卡芯片主要由射频 ( RF , Radio Frequency )接口 100、中央处理器 101 ( CPU, Central Processing Unit )、中断处理器 102、随机数发生器 103、只读存储器 104( ROM )、 EEPROM (可编程的电擦除只读存储器） 105、外部 RAM (随机存取存储器） 106、循环冗余校验 ( CRC )模块 107、时钟模块 108、 ISO/IEC7816模块 109组成。该双界面 IC卡芯片可与 13.56MHz阅读器进行通信。其中， RF接口 100是双界面 IC卡芯片与阅读器的通信接口； CPU101是双界面 IC卡的中央处理器，用于处理手机和阅读器的通信和交易；中断处理器 102主要用于处理各种外设的中断； ROM104 用于存储内部的固件程序； EEPROM105 和外部 RAM106 用于存储双界面 IC卡的数据和中间变量等； CRC模块 107用于产生循环冗余校验码，保证通信过程中数据的完整性；时钟模块 108用于内部的时钟处理； ISO/ IEC7816模块 109是手机和双界面 IC卡芯片的通信接口，并且作为手机向 IC卡提供电源的通道。

参考图 2, RF接口 100主要由非接触式天线 201、解调电路 202、数字量化电路 203和调制电路 204组成。

当双界面 IC卡接收信号时，由 13.56MHz阅读器发送到双界面 IC卡的命令信号首先通过 13.56MHz的非接触式天线 201接收下来；由于阅读器发到双界面 IC卡的信号是 100% ASK的调制信号，接下来，双界面 IC卡通过解调电路 202, 采用二极管峰值包络检波的方式对该调制信号进行解调；然后，将检波输出的信号经过数字量化电路 203进行量化处理，获得逻辑电路所需的基带信号；之后，将该基带信号输入双界面 IC卡中的 CPU进行处理。

当双界面 IC卡向阅读器发送应答信号时，首先由 CPU完成编码，接着送到调制电路 204进行调制，通过改变调制电路 204中的负载电阻完成信号的应答反射。

由于手机电池和电路板的屏蔽作用，如果直接用现有的双界面 IC卡替换现有的普通 SIM卡应用到手机环境中，该双界面 IC卡将无法可靠地收到阅读器发出的命令信号，同时双界面 IC卡发出的应答信号经手机环境后将大幅衰减，如此小的应答信号将无法被阅读器接收并区分。鉴于这种情况，将现有的双界面 IC卡直接放入手机内部，以替换现有的普通 SIM卡，无法实现所需要的射频识别系统的要求。

此外，受日本和韩国手机支付的影响，小额支付是运营商一直期望进入的领域。由于能够非常好的为实时支付和现场支付提供解决方案，非接触式近距离射频识别具有极为广阔的应用前景，并将为目前发展緩慢的移动支付产业带来前所未有的机遇。而结合移动终端与 RFID技术的一机多用或一"" ^多用将会是未来十年的新的发展方向。特别是在 3G时代，无处不在的具有无线连接功能的 RFID读写器与非接触式应用的 RFID将是发展的重中之重。目前通过非接触式应用的 RFID所应用的电子支付主要包括这样的过程：电子标签内部一般有一个电子钱包，持卡人预先在电子标签中存入一定的金额，交易时直接从储值帐户中扣除交易金额。但目前，单一功能的电子标签存在着一些缺点，比如：为电子标签充值，必须到专门的充值中心；比较大额的交易没有办法设置密码；以及无法将 RFID支付和移动支付结合起来等。

RFID领域广泛采用数字调制技术，如 ASK、 FSK和 PSK调制。幅度键控（ Amplitude Shift Keying , 筒称 ASK ) 即按载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值，例如对应二进制 0, 载波振幅为 0; 对应二进制 1 , 载波振幅为 1。调幅技术实现起来筒单，但容易受增益变化的影响。频移键控 ( Frequency Shift Keying , 筒称 FSK )即按数字数据的值（如 0或 1 )调制载波的频率。例如对应二进制 0的载波频率为 F1 , 而对应二进制 1的载波频率为 F2。该技术抗干扰性能好，但占用带宽较大。相移键控（ Phase Shift Keying , 筒称 PSK )即按数字数据的值调制载波相位。例如用 180相移表示 1 , 用 0相移表示 0。这种调制技术抗干扰性能最好，且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟，并对传输速率起到加倍的作用。这几种调制方式都是现有的成熟调制技术，广泛应用于各通信系统中。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种双界面 SIM卡及其射频识别系统，在不改造现有 RFID阅读器和手机的情况下，实现了手机的非接触式近距离射频识别。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双界面 SIM卡，包括：卡基、非接触式天线和芯片，其中，所述芯片和所述非接触式天线内嵌于所述卡基内，并且所述芯片通过接触式卡金属触点与所述非接触式天线相连接；所述非接触式天线用于接收来自外界的信号并传输至所述芯片，以及发送来自所述芯片的信号；所述芯片用于对从所述非接触式天线所接收的信号进行放大之后再进行解调处理，以及将调制信号进行放大后发送至所述非接触式天线。

可选的，所述芯片至少包括 RF接口单元，且所述 RF接口单元至少包括接收放大单元、解调单元、调制单元以及发送功率放大单元，其中，所述接收放大单元，用于将从所述非接触式天线所获得的信号放大并传输至所述解调单元；所述解调单元，用于对经所述接收放大电路放大后的信号进行解调；所述调制单元，用于对待发送的信号进行调制；所述发送功率放大电路，用于将经所述调制单元调制后的信号进行放大后发送至所述非接触式天线。

可选的，所述接收放大单元至少包括：可控增益放大器，用于根据控制信号确定相应的增益，并以该增益对所接收的交流输入信号进行放大；电平检测单元，用于将所述可控增益放大器输出的交变输出信号变换为直流信号；比较器，用于将所获得的直流信号与基准信号进行比较，获得比较结果；控制信号产生单元，用于根据所述比较结果，产生控制所述可控增益放大器的控制信号。

可选的，所述接收放大单元还包括低通滤波器，用于对由所述电平检测单元所获得的直流信号进行过滤，并将过滤后的直流信号输出至所述比较器。

可选的，所述发送功率放大单元包括 C类或 D类功放电路。面两两平行。

一种应用上述双界面 SIM卡的射频识别系统，至少还包括：阅读器以及信号增强器，其中，所述信号增强器，用于在所述双界面 SIM卡和所述阅读器之间作信号的中继和增强；所述阅读器，用于向所述双界面 SIM卡发送命令信号以及通过所述信号增强器接收来自所述双界面 SIM卡的响应。

可选的，所述信号增强器在所述双界面 SIM卡和所述阅读器之间作信号的中继和增强是指，所述信号增强器接收所述双界面 SIM卡返回所述阅读器的应答信号，对其进行增强后将增强的应答信号返回至所述阅读器。

可选的，所述信号增强器将增强的应答信号以与所述阅读器一致的频率协议返回所述阅读器。

可选的，所述频率协议为 ISO/IEC 14443通信标准、或 ISO/IEC 15693通信标准、或 IS011784/ IS011785通信标准。

可选的，所述信号增强器附着于所述阅读器或所述双界面 SIM卡的承载设备上。

可选的，所述信号增强器附着于所述阅读器或所述双界面 SIM卡的承载设备上是指，所述信号增强器粘贴在所述阅读器或所述承载设备上。可选的，所述双界面 SIM卡的承载设备为移动通信设备，所述移动通信设备向所述双界面 SIM卡提供复位信号和时钟信号，以及与所述双界面 SIM 卡进行数据通信。

可选的，所述移动通信设备包括采用 GSM、或 CDMA、或 3G、或 4G通信网络的手机。

可选的，所述信号增强器包括：接收天线，用于接收由所述双界面 SIM 卡发送的应答信号；信号增强器芯片，用于增强所接收的应答信号；发送天线，用于向所述阅读器发送增强的应答信号以及获取所述阅读器发送的载波能量。

可选的，所述信号增强器芯片包括：接收单元、发送单元和电源单元；其中，所述接收单元用于接收所述双界面 SIM卡发送到所述阅读器的应答信号，对其进行解调及放大；所述发送单元用于对所述放大后的应答信号进行调制并发送；所述电源单元用于提供所述信号增强器芯片的工作电源。

可选的，所述双界面 SIM卡向所述阅读器应答的信号，以 ASK、或 FSK、或 PSK调制方式发送至所述信号增强器，对应的载波频率分别为 6.78MHz、或 13.56MHz、或 27.12MHz。

可选的，所述移动通信设备向所述双界面 SIM卡提供复位信号和时钟信号，以及与所述双界面 SIM卡进行数据通信。

可选的，所述射频识别系统还包括：后台处理系统，用于提供 RFID交易所需的后台支持；以及通信接口，用于实现后台处理系统和阅读器的通信连接。

可选的，所述通信接口包括采用 RS232或以太网的通信接口。

与现有技术相比，上述双界面 SIM卡具有以下优点：通过芯片的接收放大单元对所获得的命令信号予以放大，有效地减少了所接收的命令信号由于手机电池和电路板的屏蔽而造成的衰减；以及通过芯片的发送功率放大单元对待发送的调制信号进行放大之后再予以发送，改善了待发送的信号由于手机电池和电路板的屏蔽而衰减的问题。

另外，上述射频识别系统通过信号增强器芯片，对双界面 SIM卡所发送的应答信号进行放大之后再输入至所述阅读器，实现了信号的增强，有效地解决了由于双界面 SIM卡的发送信号受环境影响后大幅衰减，从而无法与阅读器进行通信的问题；并且，上述射频识别系统通过将信号增强器粘贴在阅读器或移动通信设备上，无需对阅读器和配备双界面 SIM卡的移动通信设备进行自身结构的改造，有效地拓展了系统的应用范围、降低系统研发的资金和时间投入。附图说明图 1是现有技术中典型双界面 IC卡芯片的结构示意图；

图 2是现有技术中典型双界面 IC卡芯片的 RF接口单元的结构示意图；图 3是本发明双界面 SIM卡实施方式的结构示意图；

图 4是本发明双界面 SIM卡具体实施方式中 RF接口单元的结构示意图；图 5是图 4中接收放大单元具体实施方式的结构示意图；

图 6是图 4中发送放大单元具体实施方式的电路示意图；

图 7是本发明应用所述双界面 SIM卡的射频识别系统实施方式的结构示意图；

图 8是本发明射频识别系统具体实施例中，该射频识别系统工作的流程示意图；

图 9是图 7中信号增强器具体实施方式的结构示意图；

图 10是图 9中信号增强器芯片具体实施方式的结构示意图；

图 11是图 3中沿 A-A1方向的剖面示意图。具体实施方式参考图 3, 本发明实施方式提供了一种双界面 SIM卡，包括： SIM卡基 310、非接触式天线 320和芯片 330; 其中，所述芯片 330和所述非接触式天线 320内嵌于所述卡基 310内，并且所述芯片 330通过接触式卡金属触点与所述非接触式天线 330相连接。

具体来说，所述芯片 330可包括 RF接口单元、中央处理器、中断处理器、随机数发生器、只读存储器、 EEPROM、外部 RAM、循环冗余校验模块、时钟单元、以及 ISO/IEC7816单元。

具体来说，参考图 4, 所述芯片 330的 RF接口单元可包括：接收放大单元 401 , 用于将从所述非接触式天线所获得的信号放大并传输至所述解调单元；解调单元 402, 用于对经所述接收放大电路放大后的信号进行解调；数字量化单元 403, 用于将解调单元 402解调后的信号转换为数字信号；调制单元 404, 用于对待发送的信号进行调制；以及发送功率放大单元 405, 用于将经所述调制单元 404调制后的信号进行放大后发送至所述非接触式天线。。此外，所述 RF接口单元还可包括：接收数字电路接口 406,用于将数字量化单元 403 输出的数字信号根据所采用协议进行解码，并发送至所述芯片 330的中央处理器；发送数字电^妻口 407, 用于接收由所述芯片 330的中央处理器发出的数字信号，并根据所采用协议对该数字信号进行数字编码，并将编码后信号送到调制单元 404。

其中，当双界面 SIM卡通过所述非接触式天线从外界接收信号时，外界信号由所述非接触式天线传输至所述芯片的 RF接口单元后，首先通过接收放大单元 401并进行放大，然后通过解调单元 402对放大结果进行解调，将解调结果经过数字量化单元 403进行量化处理后，通过接收数字电路接口 406输出至中央处理器对其进行处理；当双界面 SIM卡通过所述非接触式天线向外界发送信号时，待发送的信号首先通过发送数字电路接口 407传输至调制单元 404进行调制，接着通过发送功率放大单元 405将调制结果进行放大后发送。

其中，所述解调单元 402可以采用但不限于现有实现相干解调方法或不相干解调方法的解调电路。例如，对于非相干解调方法，可以采用二极管峰值包络解调、平均包络解调等非相干解调方法。现有技术可以实现相干或不相干解调方法的相应电路都可用作此处的解调单元 402。

所述调制单元 404可以采用但不限于现有实现 ASK或 FSK或 PSK的调制电路。并且，由于调制单元 404采用数字调制技术，例如 ASK或 PSK或 FSK, 所以调制单元 404可直接接收发送数字电路接口 24发送的数字信号并对其进行调制。

当所述双界面 SIM卡放置于手机中时，接收放大单元 401的选择受到手机环境和解调单元 402的影响。一方面，由于包含所述芯片 330的双界面 SIM 卡在各种手机中的安装位置、安装方式以及周围机械金属环境等的不同，外界通过手机电池、电路板等传到该双界面 SIM卡的信号的衰减程度不同；另一方面，接收放大单元 401所输出的放大信号需要被输出至解调单元 402进行解调，因此对于不同手机环境，接收放大单元 401需要提供尽可能稳定的放大信号。

基于上述考虑，所述接收放大单元 401可采用自动增益控制电路（ AGC )。在一种具体实施例中，参考图 5, 所述接收放大单元 401包括可控增益放大器 501 , 用于根据控制信号产生单元 505产生的控制信号确定相应的增益，并以该增益对所接收的交流输入信号进行放大；电平检测单元 502, 用于将所述可控增益放大器 201输出的交流信号转换为直流信号；比较器 504, 用于将所获得的直流信号与基准信号进行比较，获得比较结果；控制信号产生单元 505 , 用于根据所述比较结果，产生控制可控增益放大器 501的控制信号。此外，所述接收放大单元 401还可包括：低通滤波器 503, 用于对电平检测单元 502所获得的直流信号进行过滤，并将过滤后的直流信号传输至比较器 504。

具体来说，当输入信号 Vi增加，而放大后信号 Vo增加时，产生控制信号 Vc, 使所述可控增益放大器 501的增益减少；当 Vi减少使 Vo减少时，产生控制信号 Vc, 使所述可控增益放大器 501的增益增加。即通过上述控制作用，无论 Vi增加或减少，输出信号 Vo可实现保持几乎恒定的值，或仅在较小范围内变化，从而实现即使在 SIM卡所获得的输入信号幅度变化很大的情况下，解调单元 402的输入端可获得幅度恒定或具有较小变化范围的稳定的信号。

其中，所述直流信号与基准信号可为直流电压。所述控制信号可为控制电压。所述可控增益放大器 501可采用差分放大器增益控制器电路或电控衰减器增益控制电路。

所述发送功率放大单元 405可采用但不限于以 C类或 D类功放电路来实现。

参考图 6, 在一种具体实施例中，所述发送功率放大单元 405可为一种高效率谐振功率放大器电路，包括：第一至第四反相器 601 ~ 604, 第一 PNP管 Q3、第二 PNP管 Q5, 第一 NPN管 Q4、第二 NPN管 Q6, 第一至第三电容 C3 - C5, 第一电阻 Rll、第二电阻 R12, 第一天线负载端 ANT1、第二天线负载端 ANT2。

其中，第一反相器 601的输入端接收第一已调制控制信号 RFTXD1 ,输出端与第二 NPN管 Q6的基极相连；第二反相器 602的输入端接收第二已调制控制信号 RFTXD2, 输出端与第二 PNP管 Q5的基极相连；第三反相器 603 的输入端接收第三已调制控制信号 RFTXD3,输出端与第一 PNP管 Q3的基极相连；第四反相器 604的输入端接收第四已调制控制信号 RFTXD4,输出端与第一 NPN管 Q4的基极相连。

第二 PNP管 Q5的集电极接地，射极与第二 NPN管 Q6的射极相连；第二 NPN管 Q6的集电极经由第一电阻 R11与 VCC相连；第一 PNP管 Q3的集电极接地，射极与第一 NPN管 Q4的射极相连；第一 NPN管 Q4的集电极经由第二电阻 R12与 VCC相连。

第一电容 C3的第一端与第二 PNP管 Q5的射极以及第二 NPN管 Q6的射极相连；第二电容 C4的第一端与第一 PNP管 Q3的射极以及第一 NPN管 Q4 的射极相连；第三电容 C5的两端分别与第一电容 C3以及第二电容 C4的第二端相连；第三电容 C5的两端分别与第一天线负载端 ANT1、第二天线负载端 ANT2相连。

在实际工作过程中，通过 RFTXD1、 RFTXD2, RFTXD3 , RFTXD4已调制控制信号的开关控制，使得 NPN管 Q5、 Q6, 以及 PNP管 Q3、 Q4交替打开 /关闭，从而在对于调制信号放大的同时，使得天线负载端发出符合频率要求的射频信号；而 RFTXD1、 RFTXD2, RFTXD3 , RFTXD4已调制控制信号可由调制单元 404产生，其中， RFTXD1/RFTXD2与 RFTXD3/RFTXD4为相位正好相反的信号对， RFTXD1与 RFTXD2之间相位基本一致， RFTXD3与 RFTXD4之间相位基本一致。

图 11为该双界面 SIM卡的切面示意图，其中，所述非接触式天线 320所在的平面可以分别与所述芯片 330以及所述卡基 310的平面两两平行。在其它的实施方式中，非接触式天线 320所在的平面也可以不与所述芯片 330的平面平行或者不与所述卡基 310的平面平行。

上述双界面 SIM卡可放置于移动通信设备中，通过芯片的接触式卡金属触点与所述移动通信设备 (例如手机等 )进行通信。

参考图 3,双界面 SIM卡内嵌芯片 330的接触式卡金属触点具体来说，可包括：第一天线引脚 341和第二天线引脚 342, 用于与所述非接触式天线 330 相连接；电源引脚 343和接地引脚 344, 分别用于与电源、地线相连接，提供所述双界面 SIM卡正常工作的电源电压值以及接地电压值；复位引脚 345 ,用于接收使所述双界面 SIM卡进行复位的信号；时钟引脚 346,用于接收时钟信号；输入输出引脚 347, 用于传输数据信号。双界面 SIM卡内嵌芯片 330的接触式卡金属触点还可包括备用引脚，在正常工作时一般不使用。此外，双界面连接的连接单元；具体来说，参考图 11 , 该连接单元可为若干根金线 351。

在一种具体实施例中，当双界面 SIM卡放置于移动通信设备中时，可通过电源引脚 343和接地引脚 344以及对应的金线从所述移动通信设备获得所述双界面 SIM卡的供电电源；所述移动通信设备通过复位引脚 345给所述双界面 SIM卡提供复位信号，并通过时钟引脚 346提供所述双界面 SIM卡的工作时钟；所述双界面 SIM卡和所述移动通信设备之间通过输入输出引脚 347传输串行通信的数据；所述双界面 SIM卡和所述移动通信设备之间通过所述的复位引脚 345、时钟引脚 346和输入输出引脚 347所实现的通信，可遵循通信协议 ISO/IEC7816标准。

在通信过程中，该双界面 SIM卡 10和其所在的移动通信设备 9之间通信的协议符合 ISO/IEC7816标准；当所述双界面 SIM卡用于 RFID领域时，非接触式部分通信符合 ISO/IEC 14443 标准、 ISO/IEC 15693 标准或 IS011784/IS011785标准。

本发明实施方式还提供了一种应用上述双界面 SIM卡的射频识别系统，参考图 7, 包括：配备有上述双界面 SIM卡 10的移动通信设备 9、阅读器 1、后台处理系统 3以及通信接口 4; 其中，阅读器 1或移动通信设备 9还可包括信号增强器 2。

双界面 SIM卡 10安装在所述的移动通信设备 9上，用于接收命令信号并予以响应；信号增强器 2粘贴在阅读器 1上或者移动通信设备 9上，用于在双界面 SIM卡 10和阅读器 1之间作信号的中继和增强，增强双界面 SIM卡 10 返回阅读器 1 的应答信号；阅读器 1用于发送命令信号以及接收来自双界面 SIM卡的响应；通信接口 4用于实现后台处理系统 3和阅读器 1的通信连接，后台处理系统 3用于提供 RFID交易所需的后台支持。

阅读器 1发出的信号由移动通信设备 9中的双界面 SIM卡 10直接接收，而双界面 SIM卡 10向阅读器 1应答的信号，先以 ASK或 FSK或 PSK调制方式发到信号增强器 2, 经信号增强器 2完成信号增强后，再以与阅读器 1相一致的频率协议返回给所述阅读器 1。

移动通信设备 9可采用 GSM、或 CDMA、或 3G、或 4G通信网络的手机；通信接口 4可采用 RS232或以太网等通信接口。

阅读器 1 发到双界面 SIM卡 10 的信号符合 ISO/IEC 14443 标准、或

ISO/IEC 15693标准、或 IS011784/ IS011785标准；信号增强器 2与阅读器 1 之间以及阅读器 1与双界面 SIM卡 10之间的通信标准一致，可采用但不限于 ISO/IEC 14443标准、或 ISO/IEC 15693标准、或 IS011784/ IS011785标准。

双界面 SIM卡 10发到信号增强器 2的信号调制方式是 ASK、或 FSK、或 PSK调制方式，载波频率对应地，可为 6.78MHz或 13.56MHz或 27.12MHz 等。当采用 ASK、或 FSK、或 PSK调制方式时，可采用现有广泛应用的 ASK、 FSK或 PSK调制解调电路。

在本发明射频识别系统的一种具体实施例中，参考图 8, 本发明射频识别系统的工作流程可包括：步骤 S101 , 将信号增强器 2粘贴在移动通信设备 9 或阅读器 1上；步骤 S102, 将移动通信设备 9放置于阅读器 1的通信范围内，阅读器 1向移动通信设备 9中的双界面 SIM卡 10发出命令信息；步骤 S103, 双界面 SIM卡 10直接接收该命令信息，并经由信号增强器 2,返回应答信息，完成与阅读器 1的通信交互；步骤 S104, 交互结束后，阅读器 1给出声光信号用以提示用户；步骤 S105, 用户在得到交互结束的提示后，将配置了双界面 SIM卡 10的移动通信设备 9移出阅读器 1的通信范围；步骤 S106,双界面 SIM卡 10进行复位。

其中，移动通信设备 9具体可为手机，例如， GSM、或 CDMA、或 3G、或 4G通信网络的手机，双界面 SIM卡由手机电池进行供电。

当将该双界面 SIM卡 10放入移动通信设备 9中且当所述的双界面 SIM卡 10向阅读器 1应答信号时，该应答信号在双界面 SIM卡 10中，先经过发送数字电路接口进行编码，再经过调制单元进行调制，以及通过经发送功率放大单元进行功率放大之后，经由非接触式天线以 ASK、或 FSK、或 PSK调制方式发送至信号增强器 2, 经信号增强后再以与阅读器 1相一致的频率协议返回给阅读器 1。在本发明射频识别系统的另一种具体实施方式中，配备于所述移动通信设备的所述双界面 SIM卡可具有电子钱包结构；该电子钱包的具体格式可由发卡机构在发行时确定，与所述发卡机构的射频识别系统相匹配，该电子钱包结构可采用现有技术，在此不加赘述。出于安全的考虑，在电子钱包的建立、充进行相互认证，以完成交易。

以电子钱包的建立过程为例，双界面 SIM卡与发卡机构成一套射频识别系统；其中，发卡机向移动通信设备中的双界面 SIM卡发出命令信息，该双界面 SIM卡接收该命令信息后进行应答，并将应答信息经由发卡机上的信号增强器返回至发卡机；交互结束后，移开配备双界面 SIM卡的移动通信设备，中断其与发卡机的通信；发卡机对双界面 SIM卡所返回的信息进行存储等处理，并等待下一次通信的开始。

而在电子钱包的消费过程中，双界面 SIM卡与阅读器构成又一套射频识别系统；其中，阅读器向移动通信设备中的双界面 SIM卡发出命令信息，该双界面 SIM卡接收该命令信息后进行应答，并将应答信息经由阅读器上的信号增强器返回至阅读器；交互结束后，移开配备双界面 SIM卡的移动通信设备，中断其与阅读器的通信；双界面 SIM卡 10在交易完成后进行复位工作。在其它实现方式中，电子钱包的消费还可通过设定消费数额限制分为两种方式：一是较大额的消费可以要求用户自己确认或专门的账户认证，二是小额的消费可以由双界面 SIM卡和阅读器自动完成。

在电子钱包的充值过程中，电子钱包的充值可以有两种方式：一是由用户从移动通信设备账户自己直接转入，二是通过专门的充值中心进行充值。在第二种充值方式中，双界面 SIM卡和充值阅读器进行相互认证，以完成自动充值功能。

在上述实施例中，通过移动通信设备所在的 GSM/CDMA/3G/4G等移动通信网络可以实现对交易过程的实时监测，从而将移动通信网络和 RFID支付网络有效地结合起来。

参考图 9, 上述信号增强器可粘贴于阅读器或者移动通信设备上，用于增强所述双界面 SIM卡返回所述阅读器的应答信号，具体来说，可包括：接收天线 802, 用于接收由双界面 SIM卡发送的信号；信号增强器芯片 803, 用于增强所接收的应答信号；发送天线 801 , 用于向阅读器发送增强的应答信号以及获取阅读器发送的载波能量。

阅读器发出的信号由移动通信设备中的双界面 SIM卡直接接收，而双界面 SIM卡向所述阅读器应答的信号先通过所述信号增强器的接收天线 802所接收，经所述信号增强器芯片 803完成信号增强后，再以与所述阅读器相一致的频率协议通过发送天线 801返回给该阅读器。

信号增强器还可包括：第一天线引脚 804、第二天线引脚 805、第三天线引脚 806和第四天线引脚 807。其中，所述发送天线 801通过导线连接到所述信号增强器芯片 803的第一天线引脚 804和第二天线引脚 805上；所述接收天线 802通过导线连接到所述信号增强器芯片 803的第三天线引脚 806和第四天线引脚 807上。

参考图 10, 所述信号增强器芯片 803可包括：接收单元 910、发送单元 920和电源单元 930。

其中，接收单元 910可包括：滤波器 911、解调放大模块 912、数字量化模块 913;所述接收天线 802接收所述双界面 SIM卡发送到所述信号增强器的信号，并传送至所述滤波器 911的输入端，经滤波器 911滤波后获得待解调的调制信号，接着，通过解调放大模块 912对该调制信号进行解调及放大，并输出至数字量化模块 913, 进行量化处理。

滤波器 911可由带阻滤波器和带通滤波器组成。所述带阻滤波器用于带阻滤去阅读器发到信号增强器的调制波信号和载波信号；所述带通滤波器用于带通滤去双界面 SIM卡发到信号增强器的调制波信号和载波信号。所述带通滤波器和所述带阻滤波器的中心频率和信号增强器或阅读器发到信号增强器的载波频率一致，具体值可根据该信号增强器芯片所采用的 ISO/IEC 14443标准、 ISO/IEC 15693或 IS011784/ IS011785标准而定。例如，当采用 ISO/IEC 14443 或 ISO/IEC 15693标准时，载波频率是 13.56MHz; 当采用 IS011784/ IS011785 标准时，载波频率是 100-150kHz, 例如 134.2KHz。该带阻滤波器和带通滤波器可以采用但不限于切比雪夫滤波器。

解调放大模块 912用于放大并解调滤波器 911所输出的通信信号，具体可以包括放大电路和解调单元。解调放大模块 912可以采用但不限于现有实现相干解调方法或非相干解调方法的解调单元。例如，对于非相干解调方法，可以采用二极管峰值包络解调、平均包络解调等。现有技术可以实现相干或非相干解调方法的相应电路都可用作此处的解调放大模块 912。

数字量化模块 913用于将所述的解调放大模块 912输出的模拟信号转化为数字信号，并将所述数字信号输出至所述的逻辑控制模块 921的输入端。数字量化模块 913可采用模数转换器或比较器。

发送单元 920可包括：逻辑控制模块 921和调制模块 922。

所述逻辑控制模块 921用于处理数字量化模块 913输入的数字信号，根据所采用的通信标准产生对应的控制逻辑，并产生将所述增强的应答信号返回至阅读器所需的副载波信号，输出至所述的调制模块 922的输入端。

具体来说，所述逻辑控制模块 921所产生的副载波信号可根据该信号增强器芯片所采用的 ISO/IEC 14443标准、 ISO/IEC 15693或 IS011784/ IS011785 标准而定。例如，当采用 ISO/IEC 14443标准时，副载波信号频率是 847kHz; 当采用 ISO/IEC 15693标准时，副载波信号频率是 423.75 kHz或 484.28 kHz。

所述调制模块 922用于将待发送的通信信号进行调制。所述调制模块的调制方法可以采用但不限于现有实现反射调制或负载调制的调制电路。例如，解调后的通信信号采用负载调制时可采用如下方法：使用一个副载波或者多个副载波调制到载波频率上形成已调制信号；其中，副载波的频率和数量由所采用的协议决定。

在一种具体实施例中，所述的调制模块 922可根据已调制信号发出高电平或低电平，以控制连接发送天线 801两端的绝缘栅场效应管（MOS管）开关 1001 ,从而改变加到所述发送天线 801的负载电流，以产生副载波反射调制信号返回到所述阅读器。例如，当调制模块 922发出高电平时， MOS管开关 1001 导通，所述发送天线 801构成一个回路，有负载电流流过，因此产生返回所述阅读器的副载射调制信号；当调制模块 922发出低电平时， MOS管开关 1001截止，所述发送天线 801不构成一个回路，没有负载电流流过，因此也就无法产生返回到所述阅读器的副载波反射调制信号。

当所述信号增强器芯片 803工作时，通过所述发送天线 801可直接取用阅读器所发出的载波能量，并通过所述电源单元 930产生所述信号增强器芯片 803工作所需的工作电源，从而使该信号增强器脱离外接直流或交流的电源，实现无源工作。具体来说，所述电源单元 930可采用桥式整流电路。

上述射频识别系统的实施方式中， SIM卡被装载于移动通信设备上，但是， SIM卡并不限于必须与移动通信设备相匹配地进行工作。例如，所述移动通信设备可以提供 SIM卡工作的电源，而在其它的实施方式中， SIM卡可以通过内嵌于卡基的非接触式天线从阅读器获取足够的能量，以维持正常工作状态，通过天线获取能量对本领域技术人员而言是常规的方案，在此不再赘述。

在现有技术中，由于手机电池和电路板的屏蔽作用，双界面 SIM卡所发出的信号经手机环境后将大幅衰减，使得阅读器往往无法收到双界面 SIM卡所返回的应答信号，从而也就无法实现双界面 SIM卡和阅读器的正常通信。

而本发明双界面 SIM卡上述各实施方式通过对接收到的信号或待发送的信号进行放大后分别接收或发送，补偿了手机电池和电路板的屏蔽对应答信号的功率衰减，改善了所述屏蔽对应答信号的衰减影响。

此外，本发明射频识别系统上述各实施方式还通过信号增强器芯片内部的各个模块，有效地解决了上述信号衰减的问题，实现了信号的增强；并且，本发明射频识别系统上述各实施方式通过将信号增强器粘贴在阅读器或移动通信设备上，无需对阅读器和配备双界面 SIM卡的移动通信设备进行自身结构的改造，有效地拓展了系统的应用范围、降低系统研发的资金和时间投入。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但这些较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充，因此，本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

Claims

权利要求

1. 一种双界面 SIM卡，其特征在于，包括：卡基、非接触式天线和芯片，其中，

所述芯片和所述非接触式天线内嵌于所述卡基内，并且所述芯片通过接触式卡金属触点与所述非接触式天线相连接；所述非接触式天线用于接收来自外界的信号并传输至所述芯片，以及发送来自所述芯片的信号；所述芯片用于对从所述非接触式天线所接收的信号进行放大之后再进行解调处理，以及将调制信号进行放大后发送至所述非接触式天线。

2. 如权利要求 1所述的双界面 SIM卡，其特征在于，所述芯片至少包括 RF 接口单元，且所述 RF接口单元至少包括接收放大单元、解调单元、调制单元以及发送功率放大电路，其中，所述接收放大单元，用于将从所述非接触式天线所获得的信号放大并传输至所述解调单元；所述解调单元，用于对经所述接收放大电路放大后的信号进行解调；所述调制单元，用于对待发送的信号进行调制；所述发送功率放大单元，用于将经所述调制单元调制后的信号进行放大后发送至所述非接触式天线。

3. 如权利要求 2所述的双界面 SIM卡，其特征在于，所述接收放大单元至少包括：可控增益放大器，用于根据控制信号确定相应的增益，并以该增益对所接收的交流输入信号进行放大；电平检测单元，用于将所述可控增益放大器输出的交变输出信号变换为直流信号；比较器，用于将所获得的直流信号与基准信号进行比较，获得比较结果；控制信号产生单元，用于根据所述比较结果，产生控制所述可控增益放大

OP090178 器的控制信号。

4. 如权利要求 3所述的双界面 SIM卡，其特征在于，所述接收放大单元还包括低通滤波器，用于对由所述电平检测单元所获得的直流信号进行过滤，并将过滤后的直流信号输出至所述比较器。

5. 如权利要求 2所述的双界面 SIM卡，其特征在于，所述发送功率放大单元包括 C类或 D类功放电路。

6. 如权利要求 1所述的双界面 SIM卡，其特征在于，所述非接触式天线所在的平面分别与所述芯片以及所述卡基的平面两两平行。

7. 一种应用上述权利要求 1-6中任一项权利要求所述的双界面 SIM卡的射频识别系统，其特征在于，至少还包括：阅读器以及信号增强器，其中，所述信号增强器，用于在所述双界面 SIM卡和所述阅读器之间作信号的中继和增强；所述阅读器，用于向所述双界面 SIM卡发送命令信号以及通过所述信号增强器接收来自所述双界面 SIM卡的响应。

8. 如权利要求 7所述的射频识别系统，其特征在于，所述信号增强器在所述双界面 SIM卡和所述阅读器之间作信号的中继和增强是指，所述信号增强器接收所述双界面 SIM卡返回所述阅读器的应答信号，对其进行增强后将增强的应答信号返回至所述阅读器。

9. 如权利要求 8所述的射频识别系统，其特征在于，所述信号增强器将增强的应答信号以与所述阅读器一致的频率协议返回所述阅读器。

10.如权利要求 9所述的射频识别系统，其特征在于，所述频率协议为 ISO/IEC 14443通信标准、或 ISO/IEC 15693通信标准、或 IS011784/ IS011785通信标准。

11.如权利要求 7所述的射频识别系统，其特征在于，所述信号增强器附着于所述阅读器或所述双界面 SIM卡的承载设备上。

12.如权利要求 11所述的射频识别系统，其特征在于，所述信号增强器附着于

OP090178 所述阅读器或所述双界面 SIM卡的承载设备上是指，所述信号增强器粘贴在所述阅读器或所述承载设备上。

13.如权利要求 11所述的射频识别系统，其特征在于，所述双界面 SIM卡的承载设备为移动通信设备，所述移动通信设备向所述双界面 SIM卡提供复位信号和时钟信号，以及与所述双界面 SIM卡进行数据通信。

14.如权利要求 13所述的射频识别系统，其特征在于，所述移动通信设备包括采用 GSM、或 CDMA、或 3G、或 4G通信网络的手机。

15.如权利要求 7所述的射频识别系统，其特征在于，所述信号增强器包括：接收天线，用于接收由所述双界面 SIM卡发送的应答信号；

信号增强器芯片，用于增强所接收的应答信号；

发送天线，用于向所述阅读器发送增强的应答信号以及获取所述阅读器发送的载波能量。

16.如权利要求 15所述的射频识别系统，其特征在于，所述信号增强器芯片包括：接收单元、发送单元和电源单元；其中，所述接收单元用于接收所述双界面 SIM卡发送到所述阅读器的应答信号，对其进行解调及放大；

所述发送单元用于对所述放大后的应答信号进行调制并发送；

所述电源单元用于提供所述信号增强器芯片的工作电源。

17.如权利要求 7所述的射频识别系统，其特征在于，所述双界面 SIM卡向所述阅读器应答的信号，以 ASK、或 FSK、或 PSK调制方式发送至所述信号增强器，对应的载波频率分别为 6.78MHz、或 13.56MHz、或 27.12MHz。

18.如权利要求 7所述的射频识别系统，其特征在于，所述射频识别系统还包括：后台处理系统，用于提供 RFID交易所需的后台支持；以及通信接口，用于实现后台处理系统和阅读器的通信连接。

19.如权利要求 18所述的射频识别系统，其特征在于，所述通信接口包括采用 RS232或以太网的通信接口。

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